2024학년도 2학기 인공지능과 미래사회 [VPython 시뮬레이션] 보고서 제출 양식 Vpython 예제 분석하고 살짝 바꿔서, 자기 관심 분야 관련 시뮬레이션 만들어 보기 평가 관점은 다음과 같습니다. ① 프로젝트에 대한 설명이 구체적으로 설명되어 있다. ② 프로젝트 작품이 충실하게 구현되어 있다. ③ 수학적, 과학적 연관성을 가진 주제를 다루고 있다. ④ 수학적, 과학적 내용에 대한 흥미와 호기심을 불러일으킬 수 있다. ⑤ 창의적 아이디어가 제시되어 있다. ⑥ 구체적 적용 상황이 제시되어 있다. ⑦ 수학적, 과학적 연구 활동에서의 활용 가능성이 높다. 어떻게 만들어서 제출해야 하는가? - 다음 페이지의 양식에 맞추어 내용을 작성하면 됩니다. - 보고서의 내용은 편의에 따라 변경 가능 - 수업시간을 충분히 활용해서 과제를 수행하세요. 제출 파일 - VPython(학번,이름).py 파일 - VPython(학번,이름).pdf 파일 이 양식 자료를 이쁘게?(글꼴, 배치 등) 꾸미려고 시간 버리지 말 것! 단, 성의있게 보기좋게 작성하면 완성도 점수 추가됨. 분량은 중요하지 않지만, 노력은 중요함! 핵심으로 정확하게! 콕! pdf파일로 제출시 이 페이지는 삭제 - 1 - 2024학년도 2학기 인공지능과 미래사회 [VPython 시뮬레이션] 보고서 학번 : 2318 이름 : 최지우 제목 : 유전자 번역과정 시뮬레이션 만든 것에 대한 설명(결과 그림 캡쳐 후 삽입) - 찾아보면서 재미있었던 예시와 그 이유는? 이 프로젝트에서 가장 흥미롭게 느낀 점은 mRNA 번역 과정의 시뮬레이션을 통해 생물 학적 프로세스를 시각적으로 표현할 수 있다는 것이다. 특히, 코돈의 역할을 보여주는 부분이 흥미로웠다. 각 염기가 모여 생성되는 코돈이 특정 아미노산을 지정하는 과정을 눈으로 확인하면서, 생물학 수업에서 배운 내용을 실제로 이해하는 데 큰 도움이 되었 다. 예를 들어, AUG 코돈이 메티오닌을 의미한다는 점을 시각적으로 확인함으로써, 단백 질 합성에서 그 중요성을 더 깊이 인식할 수 있었다. 또한, 단백질 합성의 단계적 과정을 보여주는 것도 매우 흥미로웠다. 리보솜이 mRNA를 따라 이동하며 아미노산을 차례로 합성하는 모습을 통해, 복잡한 생물학적 과정이 단계 적으로 어떻게 진행되는지를 명확히 이해할 수 있었다. 각 아미노산이 리보솜에 도착하 고 단백질 사슬에 추가되는 과정을 실시간으로 체험하면서, 생명체의 기본 단위인 단백 질이 어떻게 형성되는지를 생생하게 느낄 수 있었다. 마지막으로, 시각적 요소와 애니메이션이 주는 재미도 빼놓을 수 없다. 아미노산과 tRNA 가 리보솜과 함께 이동하며 생성되는 과정에서 다양한 색상과 형태가 시각적으로 표현 되어 몰입감을 더욱 높여준다. 이러한 시뮬레이션을 통해 복잡한 생명과학 과정을 직관 적으로 이해하고 재미를 느낄 수 있었던 점이 가장 기억에 남는다. - 관련 수학/과학 교과명 : 생명과학 - 1 - - 관련 내용 또는 주제 : 유전자, 단백질 생성 등 - 만들면서 생각해보거나 시도해 본 것들 이 프로젝트를 진행하면서 몇 가지를 시도해보았다. mRNA 번역 과정을 이해하기 위해 각 아미노산에 다양한 색상을 사용했다. 리보솜이 mRNA를 따라 이동하며 아미노산을 추가하는 애니메이션을 만들어 단백질 합성 과정을 단계적으로 보여주었다. 코돈과 아미 노산 간의 매핑을 위해 데이터 구조를 고민하여 생물학적 데이터를 효과적으로 관리할 수 있었다. 마지막으로, 사용자가 mRNA 서열을 입력할 수 있는 인터랙티브한 요소를 추 가하는 것도 고려해보았다. 이러한 시도는 생물학적 과정을 깊이 이해하는 데 도움이 되 었다. - 만들면서 이해하게 되었거나 느낀 점들 프로젝트를 만들면서 mRNA의 구조와 기능을 더 잘 이해하게 되었다. 단백질 합성이 얼 마나 정교한 과정인지 깨달았고, 리보솜이 아미노산을 추가하는 과정을 시각적으로 확인 하면서 생명체에서 단백질의 중요성을 실감했다. 시뮬레이션을 통해 복잡한 생물학 개념 을 쉽게 이해할 수 있었고, 코딩과 생물학의 융합이 흥미롭다는 것도 느꼈다. 이런 방식 으로 학습을 이어가고 싶다는 생각이 들었다. - 참고한 예시 또는 내용 이 프로젝트를 진행하면서 여러 자료를 참고했다. 생물학 교과서와 온라인 자료를 통해 mRNA 번역 과정과 코돈이 아미노산으로 변환되는 메커니즘을 이해했다. YouTube와 교 육 웹사이트에서 단백질 합성 과정을 설명하는 애니메이션을 보며 리보솜과 tRNA의 역 할을 시각적으로 확인했다. NCBI와 같은 생물정보학 데이터베이스에서 코돈과 아미노산 간의 관계를 조사하여 정확한 정보를 얻었다. Python과 VPython 관련 자료를 참고해 3D 시뮬레이션을 구현하는 방법을 배웠고, 특정 아미노산과 단백질의 기능에 대한 논문 도 읽어보며 생물학적 맥락을 깊게 이해했다. - 자신이 분석해 변경하거나 바꾼 것들 - 2 - 이 프로젝트를 진행하면서 몇 가지를 분석하고 변경했다. 우선 mRNA 서열에서 시작 코 돈 이전에 단백질이 생성되지 않도록 코드를 수정했다. 개시 코돈인 AUG를 메티오닌으 로 설정하고, 그 이전에 추가한 염기들은 단백질 합성에 영향을 미치지 않도록 설정했 다. 또한, 아미노산과 그 이름을 함께 이동하도록 수정하여 시각적으로 더 자연스럽게 표현 했다. 단백질을 연결하는 흰색 막대를 제거하여 단백질이 생성되는 과정을 간결하게 만 들었고, 각 아미노산의 색상을 명확하게 구분하여 쉽게 식별할 수 있도록 변경했다. 마지막으로, mRNA와 tRNA의 라벨을 제거하고, 아미노산 이름을 한글로 표시하여 사용 자가 이해하기 쉽게 만들었다. 이러한 변경들은 전체적인 시뮬레이션의 정확성과 가독성 을 높이는 데 기여했다. - 만든 VPython 작품 실행 결과 캡쳐 - 만든 것의 수학/과학/정보 관점의 의미 - 3 - 이 프로젝트는 수학, 과학, 정보 관점에서 다양한 의미를 지닌다. **수학적 관점**에서, mRNA 서열과 아미노산의 매핑은 조합론과 확률 이론을 활용하여 이해할 수 있다. 특정 코돈이 어떤 아미노산으로 번역되는지를 연구하는 과정은 대수적 구조를 이해하는 데 도움이 된다. 또한, 시뮬레이션 속도와 리보솜의 이동을 제어하는 과정에서 수학적 모델링이 필요하다. **과학적 관점**에서는 생명과학의 기본 개념인 단백질 합성 과정을 시각적으로 구현함 으로써 생물학적 원리를 깊이 이해할 수 있다. 리보솜, mRNA, tRNA의 상호작용을 통해 생명체가 어떻게 단백질을 합성하는지를 이해하는 데 기여한다. 이 과정은 생물학의 기 본적인 메커니즘을 명확하게 보여준다. **정보 관점**에서는 프로그래밍을 통해 생물학적 과정을 시뮬레이션함으로써 컴퓨터 과 학과 생물정보학의 융합을 경험하게 된다. 데이터를 구조화하고, 프로그래밍 언어를 사 용해 생물학적 개념을 시각화하는 과정은 정보 처리와 데이터 분석의 중요성을 강조한 다. 이를 통해 정보 기술이 생명과학 연구에 어떻게 기여할 수 있는지를 알게 된다. - 만들면서 어려웠던 점들 프로젝트를 진행하면서 몇 가지 어려운 점이 있었다. 우선, **mRNA 서열과 아미노산의 매핑**이 복잡하게 느껴졌다. 각 코돈이 특정 아미노 산으로 변환되는 과정을 정확하게 이해하고 구현하는 데 시간이 걸렸다. 특히, 코돈 테 이블을 참조하여 잘못된 아미노산이 생성되지 않도록 하는 것이 도전적이었다. 또한, **3D 시뮬레이션을 구현하는 과정**에서도 어려움이 있었다. VPython을 사용하여 객체를 만들고, 그들의 움직임을 조정하는 데 있어서 프로그래밍에 대한 이해가 필요했 다. 특히, 리보솜과 tRNA가 올바르게 이동하고 상호작용하도록 조정하는 것이 복잡했다. 마지막으로, **사용자 인터페이스와 시각적 표현**을 개선하는 것도 어려운 점 중 하나였 다. 아미노산 이름을 적절히 배치하고, 각각의 색상을 효과적으로 구분하는 것이 생각보 다 시간이 많이 소요되었다. 이러한 시각적 요소들이 정확하고 매력적으로 보이도록 조 정하는 데에 많은 노력이 필요했다. - 나는 만들지 못했지만, 누군가 만들어주면 좋겠다?라고 생각하는 주제/내용? - 4 - 나는 누군가 **인공지능을 활용한 생물학적 시뮬레이션**을 만들어주면 좋겠다고 생각한 다. 예를 들어, 단백질 합성뿐만 아니라 세포 내 다양한 생화학적 반응과 상호작용을 시 각화하는 프로그램이 있다면 매우 유용할 것이다. 또한, **유전자 편집 기술**이나 **CRISPR-Cas9 시스템**의 작동 원리를 시뮬레이션하여 교육적인 도구로 활용할 수 있는 프로그램도 흥미롭다. 이를 통해 학생들이 생명과학의 복잡한 개념을 보다 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 마지막으로, **환경 변화에 따른 생태계의 반응**을 시뮬레이션하는 모델도 유용할 것 같 다. 예를 들어, 기후 변화가 생물 다양성에 미치는 영향을 실시간으로 보여주는 시뮬레 이션은 연구자와 학생 모두에게 큰 도움이 될 것이다. 이러한 주제들은 과학 교육 및 연 구에 큰 기여를 할 수 있다고 생각한다. - 5 -